磁流體發電機原理及應用

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1、咼二專題復習:磁流體發電機的原理及應用、考點精講磁流體發電機,又叫等離子發電機,是根據電磁感應原理,用導電流體,例如空氣或 液 體,與磁場相對運動而發電的一種設備。磁流體發電,是將帶電的流體(離子氣體或液 體) 以極髙的速度噴射到磁場中去,利用磁場對帶電的流體產生的作用,從而發出電來。下而簡單介紹一下磁流體發電機的原理和理想模型電動勢、電功率推導。如圖所示,在外磁場中的載流導體除受安培力之外,還會在與電流、外磁場垂直的 方向 上出現電荷分離,而產生電勢差或電場,稱其為霍爾效應。若載流導體為導電的流 體粒子, 以很髙的速度射入磁場,就可在兩極板間產生電動勢。從微觀角度來說,當一朿速度是v的 粒子

2、進入磁場強度為B的磁場一段時間后,粒子所受的電場力和洛倫茲力 相等Eq = BvqE = Bv這時,粒子進入磁場后不再發生偏轉,它所產生的電動勢 =Ed = Bvd這樣就形成了磁流體 發電機的原型。XXXXBXXXXE隠耐發電機示意圖利用下圖進行理想模型電動勢、電功率的推導。我們可以將運動的粒子可看成一根根切割磁力線的導電棒,根據法拉第電磁感應立律,會在棒 兩端產生動生電動勢,如下圖所示:XgXX X XBX X x .電動勢、電功率模型原理圖為了方便求解,假設在運動過程中不變,其中你是外界的推力,心是安培力。F =F =BId s = Bvd p A気二Kq“max二 刃泄和二BdKq當外接

3、電阻是心時,/=) 一 =Ri +r R+rL卩=FJqrl + 廠(心 + r) 2Rl-BV12R匕的 / 東南所以利用磁流體發電,只要加快帶電流體的噴射速度,增加磁場強度,就能提髙發 電機的功 率。1、例題精講例1:25、(20分)由于受地球信風帶和盛四風帶的影響,在海洋中形成一種河流稱為海流。海流中蘊藏著巨大的動力資源。據統計,世界大洋中所有海洋的發 電能力達109 kWo早在19世紀法拉第就曾設想,利用磁場 使海流 發電,因為海水中含有大量的帶電離子,這些離子隨海 流做左向運 動,如果有足夠強的磁場能使這些帶電離子向相反方向偏轉,便有可能發岀電來。目前,日本的一些科學家將計劃利用海流

4、2 磁流體發電機的電動勢E的大小;建造一座容量為1 500戚的磁流體發電機。如圖所示為一磁流體發電機的原理示意圖,上、下兩塊金屬板MN水平放程浸沒在海水里,金屬板而積均為S=IX10:m:,板間相距d二100 m海水的電阻 率P二0.25 Qm在金屬板之間加一勻強磁場,磁感應強度出0. 1T,方向由南向北,海水從東向西 以速度v二5皿/s流過兩金屬板之間,將在兩板之間形成電勢差。(1)達到穩左狀態時,哪塊金屬板的電勢較高?(2)由金屬板和海水流動所構成的電源的電動勢E及其內電阻r齊為多少?(3)若用此發電裝置給一電阻為20 Q的航標燈供電,則在8 h內航標燈所消耗的電能為多 少?解析:(1)由

5、右手泄則可知X板相當于電源的正極,故N板電勢高(4分)(2)E=Bdv=0. 1X100X5 V=50 V(4 分)d 0.25x100 r= PS= n 心(4 分)F50(3) 1 = -= At(4分)8小時航標燈消耗的電能E =It=3.6X106 J (4分)aR + r 20 + 0.25例2 磁流體發電是一種新型發電方式,圖2和圖3是其工作原理示意圖。圖2中的長方體 是發電導管,其中空部分的長、高、寬分別為/、0、b,前后兩個側而是絕緣體,下下兩個側而是 電阻可略的導體電極,這兩個電極與負載電阻相連。整個發電導管處于圖3中磁 場線圈產生的勻 強磁場里,磁感應強度為B,方向如圖所示

6、。發電導管內有電阻率為。的髙溫、髙速電離氣體沿導 管向右流動,并通過專用管道導出。由于運動的電離氣體受到磁場作用,產生了電動勢。發電導管 內電離氣體流速隨磁場有無而不同。設發電導管內電離氣體流速處處相同,且不存在磁場時電離氣 體流速為,電離氣體所受摩擦阻力總與流速成正比,發電圖3導管兩端的電離氣體壓強差維持恒泄,求:BLavbl回路中的電流/二設F為存在磁場時的摩擦阻力,依題意音弋,存在磁場叭由力的平衡得B2a2v電流I受到的圖2安培力abp = Fq + F根據上述各式解得=(3)磁流體發電機發電導管的輸入功率P = ub切 由能量守恒圧律得P = EI + Fv故:abvSpB加w (心+

7、晉)課堂練習1、由于受地球信風帶和盛行西風帶的影響,海洋中一部分海水做左向流動,稱為風海流,風海流中蘊藏著巨大的動力資源因為海水中含有大量的帶電離子,這些離子隨風海流做定向運 動,如果 有足夠強的磁場能使海流中的正、負離子發生偏轉,便可用來發電.西產東北圖為一利用風海流發電的磁流體發電機原理示意圖,用絕緣材 可以對料制成一個橫截面為矩形的管道,在管道的上、下兩個內表而裝有 航標燈供電,兩塊金屬板M、N,金屬板長為“,寬為b,兩板間的距離為,將管道沿風海流方向固左在風海流中,在金屬板之間加一水平勻強磁場,磁感應 強度大小為B,方向由 南向北,用導線將M、N外側連接電阻為/?的航標燈(圖中未畫出)

8、.工作時,海水從東向四流過管道,在兩金屬板之間形成電勢差,內海水的流速處處相同,且速率恒為V,海水的電阻率為,海水所受摩擦力與流速成正比,比例系數為化(1)求磁流體發電機電動勢E的大小,并判斷M、N兩板哪個 板電勢較高:(2)由于管道內海水中有電流通過,磁場對管逍內海水有力的 作用,求此力的大小和方向:(3)求在/時間內磁流體發電機消耗的總機械能.【解析】(1)磁流體發電機電動勢用左手立則判斷岀正離子向N板偏轉,因此N板的電勢髙(2)兩板間海水的電阻r = p賄賂中的電流1二abR + r 磁場對管道內海水的作用力F八BidabBUv abR + pd方向與v方向相反(水平向東)(3)在r時間內管道中海水移動的距離為在f時間內克服摩擦阻力的功w二kvs,克服磁場力做功w2=fs在f時間內磁流體發電機消耗的總機械能E二VVi+ VV2= ( +爲abR + pci(1)不存在磁場時電離氣體所受的摩擦阻力F多大;(3)磁流體發電機發電導管的輸入功率P。解析:(1)不存在磁場時,由力的平衡得F二abo(2)設磁場存在時的氣體流速為v,則磁流體發電機的電動勢E = Bciv

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